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制造业业态发展与信息技术深度融合是时代必然，信息技术改变经济生产和生活方式，人工智能技术深入产业、融入生活，同时，还有循环经济、新能源、新材料等不断发展更新等。
一、中国制造业发展情况
制造业的全球格局有四类：第一类是智能单体家具、家电、汽车；第二类是中央企业为主体的大工程、大装备，属于国之重器；第三类是智能机器人、智能机床为首的先进工业装备系列；第四类是类似阿斯麦、佳能、蔡司、三星、台积电等高端信息及装备系列，这是我们必须冲击的一类。（注：这是科技部原副部长曹健林所说）
只有这四类加起来，高端装备制造强国的目标才能实现。中国用40年的时间走了西方200多年的道路，可见我们的发展速度很快，拥有了很多引领国际技术水平的重大装备、特大工程。我们恰好遇到了“常规工业化+现代信息技术”这样一个叠加的过程，加上新型能源技术、新材料技术，我们打造了以盾构机为代表的重大工程装备，以深浅钻井平台为代表的海洋工程装备和高技术船舶，以光伏、海上风电、核能、特高压为代表的大型能源装备，以高速磁悬浮、高铁、新能源汽车为代表的交通装备，以高档数控机床和机器人为代表的智能装备，以北斗导航为代表的航空航天装备等一系列大国重器。
截至2022年底，我国现代桥梁总数超过100万座，高速公路通车里程17.7万公里，铁路运营里程达到15.5万公里，高铁运营里程达到4.6万公里。中国盾构机已经在全世界实现了后来居上。铁路隧道达到2.1万公里，公路隧道达到2.5万公里。如今，全球每10台盾构机就有7台来自中国，在全球的市场占有率超过三分之二，盾构机制造技术已经在全世界处于领先地位。
“强天下者必胜于海。”2022年，中国海洋工程装备产值达740亿元，支撑了海洋经济生产总值突破9.5万亿元。“海洋石油981、982”平台自重3万多吨，承重量12.5万吨，最大作业水深3000米，最大钻井深度可达1万米。该平台用电推进器来化解风和海浪的冲击，使整个平台稳如泰山，有锚定和动态稳定功能，非常先进。
“天鲲号”是中国首艘从设计到建造完全拥有自主知识产权的超大型自航绞吸挖泥船，每小时可挖6000立方米的泥沙。也就是说，“天鲲号”一小时可以将一个标准足球场挖深一米，六天半时间内就可以填满一座“水立方”。此外，“天鲲号”涉水深度很大，总装机功率达到了25000千瓦。
海底隧道的沉管技术我国也创造了奇迹。重8万吨的大沉管隧道（每节），大八车道的横行通道管沉到海底，32节连起来成为海底隧道，该技术在全世界处于领先地位。深中通道沉管隧道的每个管节的排水量相当于一个中型航空母舰。还有完成万米深海潜入并进行考察任务的“奋斗者”号载人潜水器创下世界纪录。一万米深等于一百兆帕以上的压力，意味着两千头大象同时踩在后背上，“奋斗者”号的核心部件国产化率超过96.5%。“雪龙号”南北极的科考船和完全国产化的雪龙2号破冰船，可以优势互补。
我国已建成投运33项特高压工程，线路总长达5万公里，投资5150亿元，带动西部电业投资1.3万亿元，每年拉动西部GDP2600亿元，增加税收500亿元，特高压市场累计出口已达500亿美元，比如由我国完全承包的巴西美丽山、亚马逊河和圣保罗地区2000多公里的特高压工程。拥有了特高压网络、强大的能源网络，特高压网、配电网、微网等可以实现广泛互联，分布式能源、电动汽车电池系统都可以进入其中。举个例子，如果一个人暂时不需要开车，将他的电动汽车放在车库，电动汽车可以在晚上自动充电，白天将电力输送出去，这个人就可以以此获得收入，但这种场景的实现必须有强大的能源网做支撑。中国在全世界三代核电基础上又上了一个台阶，美国的先进压水反应堆(AP1000)专利只控制到135万千瓦，我国做到140万千瓦，这样中国独自拥有知识产权，叫“国和一号”(CAP1400)，这项技术中国已经实现全面突破。中国的风电技术和装机能力也是世界最强的。16兆瓦的海上风电机组，有50层楼高，每年可输出超过6600万千瓦时的清洁电能，满足3.6万户家庭年用电量。
时速600公里高速磁悬浮列车下线，形成全国123出行交通圈，200公里以内，城市圈都市区一个小时通勤，可搭乘地铁、汽车；1500公里以内，用两小时实现城市群通达，可搭乘时速600公里磁悬浮列车；如果到2000公里以上，则可搭乘飞机，全国城市3小时覆盖，这样就形成了一个由航空、高速磁悬浮列车、高铁、汽车共同组成的多网、多层次、立体、一体化的交通大格局。
到2060年，一个高水平模型预计我国风机光伏的发电量能够达到8万亿到9万亿度，是现在所有用电量的总和，可再生能源装机占很高比例，可再生能源发电的波动性、随机性、发电设备的低抗扰性对电网带来了高效消纳、安全运行的挑战，这时氢储能就可作为一个重要的储能载体，氢能社会将浮出水面。
据预测，在碳中和目标下，2060年的风电与光伏装机量将十分巨大，全球氢能发展将如火如荼，美国、日本、欧盟、韩国到2050年有巨大的氢能应用计划，例如，中东的阿曼全国测试风能和太阳能自然条件非常好，风能风速达到6m/s以上的地区几乎全部覆盖，太阳能光伏每年发电量也在2000小时以上，这将成为他们国家除了石油以外的另一种输出能源。要做绿氢的供应商，阿曼计划投资1400亿美元，配备3亿块太阳能电池板、1万台风力涡轮机、5200个电解槽，180GW装机容量，成为阿曼最大的可再生能源项目。就像卖石油一样卖绿氢，阿曼依靠风、光的独特自然优势，计划成为世界上主要的未来新能源供应基地之一。
到2050年，我国用能终端体系如果10%－15%用氢能替代，也将带动数十万亿元的新兴产业发展。达到15%需要1.4亿吨绿氢，而一亿吨绿氢能达到10%能源终端应用，大致用氢量为：交通4500万吨，化工、钢铁4500万吨，建筑1000万吨。到2030年，全球氢能总量将达2.12亿吨，中国氢能总量按全球氢能总量的30%计算，即7000万吨，按照65%为绿氢，大约3900万吨，约需450GW电解槽，则需5MW约10万套，产值约1.43万亿元。
综上，我国能源动力装备、大型工程装备等从材料、基础零部件、制造工艺、关键数字化控制系统甚至软件核心技术已全部打通。
二、积极布局智能制造
智能制造装备是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备的统称。对于全球的高端数控机床，中国是第一消费大国，50%的数控机床在中国生产线上，工业机器人占全球一半以上。
2023年上半年，我国工业机器人产量达到22.2万套，同比增长5.4%。数控机床代表了核心竞争力，但目前我国整机配套的中高档功能部件大量依赖进口，国内高档系统自给率不到20%，约80%依赖进口，其中从日本进口最多，约占1/3。
我们在高精度、高加速度的控制技术等方面已经取得了突破。为未来发展的新一代智能数控机床实现在工业5G自主感知、自主学习、自主执行、自主决策的智能化制造打下了扎实基础。中国的智能机器人中人脸识别算法已经优于欧洲，和美国基本保持一致水平。水下机器人“海斗一号”在国际领先的万米无人深潜高技术装备应用非常成功，标志我国具有全海深无人潜水器总体技术集成优化能力。
高端医疗器械，是我们的短板，但现在也在突破，医学成像装备、检验检测装备、微无创医疗装备由跟跑到并跑，大功率超导核磁共振已领先国外。高端医疗器械与百姓健康紧密相关，拥有万亿级的医疗设备市场。全球每年需要置入血管支架三百万枚、心脏起搏器一百万套、人工心瓣四十万套、人工晶体一千万件等。数据显示，每一百个新生儿就有一个患先天性心脏病。因此，我国的高性能医疗器械包括检测诊断、基因检测、医学影像、先进治疗等，一定要有突破。2020年，全球医药和医疗器械比例发达国家是1:1，我国是3:1，所以我国医疗器械的发展空间巨大。当前，我国在医学成像装备市场有16%份额，医学检测装备市场有14%的份额，微无创治疗装备市场有10%的份额。我国首创了5.0T的超高磁场核磁共振，得益于高温超导技术取得突破；自主研发的多模态分子影像装备CT和核磁共振PET，国内市场占有率达到第一。在新冠肺炎疫情期间，我国研制了国内首台体外膜肺氧合系统，现在首台体外膜肺氧合系统已经上市，填补了国内空白。高端医疗器械产业链很长，但是代表了高端精密制造水平，这个方面我们还要奋起直追，包括基础材料、核心部件、关键工艺、智能系统等，特别是临床试验很重要。
综上可见，我国智能制造装备产业关键环节取得重大突破。制造强国建设，我认为已经初现端倪。除了高端数控机床、机器人、高端医疗器械，还有一个重要领域，即北斗导航系统。作为一个政治、经济大国，我们要有自己的定位定时系统，我国已有北斗56颗卫星、大规模的卫星网络、星际连接计算，这些非常重要。我们与美国不同，美国的基站可以建到全世界。中国只能在国内建，因为我们在国外没有基地。但如果利用星际网连技术，56个卫星是可以在全世界定位的，没有死角，分辨率极高，我们完全做到了。
三、我国制造业未来的发展方向
大国重器和智能制造体现了我国高端技术应用的几大特点，清洁铸造、精密锻造、绿色热处理、先进焊接等已达到先进水平，体现了多目标的协同优化，采用了产品的设计优化和全流程仿真，利用了基于机理和数据驱动的混合建模，基本构建了工业的基础数据库，运用了智能感知和控制系统。大国重器标志着我国基础制造技术基本成熟，数字化智能化发展迅速，为科技自立自强打下了坚实基础，但在人工智能快速发展的时代，美国全面打压，竞争十分激烈，中国的现代化目标全面实现的道路还很长，未来发展的道路，这就是坚决遵循习近平总书记指出的方向：“推进新型工业化”“加快形成新质生产力，增强发展新动能”。
我们认为新质生产力的特点在新，关键在质。“新”指的是新技术、新模式、新产业、新领域、新动能，因为现在人类的技术积累已经到了全面应用工业互联网，构筑坚强、先进的人工智能算力底座，发挥大数据大模型的巨大潜能，提升了整个生产要素的基础支撑能力。“质”是指要提升质量、品质、特质。
一是要确定发展目标，二是要改变发展模式。新的发展阶段、新的生产机遇和新的需求，使得新型工业化要求战略性新兴产业迅速提高转型速度，未来产业要尽快落地，竞争环境也带来了新挑战，新一轮的科技革命要有新的驱动赋能。所以，要构筑坚实的算力底座，未来的国力之争很可能就是算力之争。2030年，预计通用算力将增加十倍，人工智能算力将增加五百倍，所以算力及建立在算力基座上新一代的人工智能、连续大数据是未来竞争的决胜根本。
芯片战争实际上是算力之争，主要的数字芯片就是按照摩尔定律运行的逻辑与存储芯片。我们在这个方面存在一定短板，且短时期内较难追上。
中国的特种工艺芯片、分立器件、光电探测器、微波射频、光电应用、第三代半导体和国外的差距不大，而且当前我国市场需求巨大。新能源汽车、轨道交通、输变电、5G通信增加了对第三代半导体功率器件的工业需求，比亚迪、长城和吉利等车企都在研制碳化硅芯片，说明这一领域可能异军突起。此外，所有生产服务业包括生活性、生产性服务业，芯片是核心的物质支撑、技术支撑，大数据、物联网、云计算、5G、自动驾驶、虚拟现实、海陆空天每一台装备的基本保障都体现在芯片上。
芯片的产业范围广，在国际上形成了一个典型的芯片分工特征，例如，设计是由美国加州一个工程师团队完成，使用美国的EDA软件，采用英国Arm公司的IP核，制造由台积电完成等，最后在马来西亚等东南亚国家进行整机组装，所以形成了芯片工业供应链的武器化的独特力量，就是可以切断供应链，美国在封锁中国的时候找到了一个切入点就是把高端数字逻辑芯片产业链切断。
芯片制造难，难在光刻技术，这不是短时间能够突破的，它是一个高度依赖国际分工的技术，领域广、技术难度大，单靠一个国家很难实现，是人类高端技术结晶集成在一起。
阿斯麦公司制造的一台高端EUV光刻机包含13个系统，3万多个分件，超过10万个零部件，涉及供应链5000家，遍布日本、美国、德国等国家。我国奋起直追，对策是三条路径：一是延续摩尔，沿摩尔定律运行到2个纳米甚至1个纳米，这条路难度较大，应该理性追赶；第二，超越摩尔，包括第三代半导体、射频微波技术、电力电子功率器件、光电、激光、硅光、宽禁带和超宽禁带半导体等，与国际差距较小，具有抢占制高点的可能性。第三，后摩尔时期，我们要提前布局量子技术，硅基遂穿型、自旋型材料，光集成电路，低维拓扑材料等，一定要抓住超大市场需求，实现混合集成，以此改变国际半导体技术领域的竞争格局。要加快创新步伐，构建先进半导体产业的生态集群。
人工智能发展从判别式跨越到生成式，加快构筑新一代人工智能技术发展的基础要素支撑能力，包括连续大数据、数字孪生、高性能计算体系结构、强大的算力底座等，以此为支撑的未来产业将应运而生。未来产业包括未来网络、元宇宙、空天信息、仿生机器人、合成生物、未来医疗、氢能与储能、前沿材料、柔性电子，都是我们努力发展的方向，我国用40年的时间打下了制造强国建设所必需的重要人才基础、知识基础和技术基础，建立了相对完整的研发体系，科技水平实现从追赶到跟跑、并跑，到部分领跑。在工业和信息化深度融合的时代背景下，我们已初步完成了制造强国第一阶段既定目标，在大国重器和超大工程建设领域，中国在人类历史上留下了一道史无前例的、靓丽的工程风景线！当然，未来我们还有很长的路要走。
（作者系中国工程院院士、中国工程院原副院长，文章原标题为从高端装备制造看科技自立自强）
(本文刊登于《企业改革与发展》杂志2024年第3期。如需转载，请注明出处。文中观点仅代表作者观点，供诸君思考。)
